USO DE ADITIVOS SOSTENIBLES EN LA ESTABILIZACIÓN TÉRMICA DEL POLIPROPILENO EN SU PROCESO DE SÍNTESIS

Abstract

En esta Tesis se plantea un aprovechamiento integral de antioxidantes naturales para reforzar al polipropileno contra la degradación termoxidativa que sufre durante su proceso de conformado. De entre estos compuestos, los ácidos hidroxicinámicos son un grupo de moléculas presentes en la pared celular vegetal, cuyos principales representantes son el ácido ferúlico, p-cumárico, cafeico y sinápico, de los cuales el ácido ferúlico y p-cumárico son los de mayor abundancia en la naturaleza. Están formados básicamente por un anillo aromático, un grupo alifático y un ácido carboxílico en el extremo. Son denominados hidroxicinámicos por la sustitución del grupo hidroxilo en el anillo aromático. Otra forma en la que se encuentran presentes es como ácido clorogénico (ácido cafeico, preferentemente), son solubles y se presentan en altas concentraciones en bebidas como el café. Esta investigación, se inicia con un estudio que sirve para identificar y conocer los residuos generados en el proceso de desodorización del polipropileno. Para llevar a cabo este análisis, se realizó un prototipo de desorber que sirvió para generar y posteriormente analizar los residuos líquidos y sólidos generados. Mediante cromatografía y ensayos calorimétricos se ha podido identificar las moléculas derivadas del proceso de degradación así como proponer las rutas químicas que dan origen a estos derivados tóxicos. Una vez identificadas estas sustancias, se ha podido valorar los riesgos que estos podrían provocar en el medio de degradación. Un segundo estudio desarrollado en esta investigación, ha tenido como objetivo la búsqueda de una aplicación a los residuos generados durante el proceso de síntesis del PP. A través del estudio de las cinéticas de degradación se ha planteado una recuperación de estos derivados mediante procesos de pirolisis y quimiólisis. Además, este estudio ha servido para comparar y determinar qué modelos cinéticos de degradación son los que mejor se ajustan al proceso de degradación del PP en el rango de temperaturas de trabajo para este polímero. Finalmente, para determinar los efectos antioxidantes de los aditivos estudiados en la matriz del polipropileno, se prepararon diferentes formulaciones con aditivos naturales y con aditivos de origen petroquímico, como el Irganox y el Ethanox a modo de comparación. Los films preparados se analizaron mediante diferentes técnicas con el fin de obtener información físico-química, colorimétrica, estructural y de resistencia mecánica. De los resultados obtenidos, se ha podido comprobar que el ácido cafeico superó a los otros antioxidantes, reduciendo la producción de aflatoxinas en más del 95 por ciento.

The growing social sensitivity linked to environmental issues in relation to the carbon footprint, together with the depletion of non-renewable sources, has acted as a driving force for the search for alternative materials for the synthesis and optimization of polymeric material formulations. Present in most plant foods, antioxidants block the damaging effect of free radicals that occur when a polymer undergoes a degradation process. This thesis proposes an integral use of natural antioxidants to reinforce the polypropylene against the thermo-oxidative degradation that suffers during its forming process. Among these compounds, hydroxycinnamic acids are a group of compounds present in the plant cell wall, whose main representatives are ferulic acid, p-coumaric, caffeic and sinapic, of which ferulic acid and p-coumaric are the most abundant In nature. They are basically formed by an aromatic ring, an aliphatic group and a carboxylic acid at the end. They are called hydroxycinnamics by the substitution of the hydroxyl group in the aromatic ring. Another way in which they are present is as chlorogenic acid (caffeic acid, preferably), they are soluble and present in high concentrations in beverages such as coffee. In this research, an initial study is proposed to identify and know the waste generated in the process of deodorization of polypropylene. To carry out this study, a prototype of desorbing was carried out in order to analyze the liquid and solid waste generated, which subsequently served to analyze the risks that these could cause. By means of chromatography and calorimetric analysis it has been possible to identify the molecules derived from the degradation process as well as to propose the chemical routes that give rise to these toxic derivatives. A second study served to apply the waste generated during the PP synthesis process. Through the study of the kinetics of degradation, a recovery of these derivatives has been considered through pyrolysis or chemical processes. This study served to compare and determine best models that suit the process of degradation of the PP in the range of working temperatures for this polymer. In order to determine the antioxidant effects of the additives studied in the polypropylene matrix, different formulations were prepared with natural additives and with additives of petrochemical origin as a comparison. The prepared films were analyzed by different techniques in order to obtain physical-chemical, colorimetric, structural and mechanical resistance information. From the results obtained, it was found that caffeic acid exceeded the other antioxidants, reducing the production of aflatoxins by more than 95 percent.

La creixent sensibilitat social lligada a temes mediambientals en relació a la petjada de carboni, juntament amb l'esgotament de les fonts no renovables, ha actuat com a força impulsora per a la cerca de matèries alternatives per a la síntesi i optimització de formulacions de materials polimèrics. Presents en la majoria els aliments vegetals, els antioxidants bloquegen l'efecte perjudicial dels radicals lliures que es produeixen quan un polímer pateix un procés de degradació. En aquesta investigació, es planteja un aprofitament integral d'antioxidants naturals per a reforçar al polipropilè contra la degradació termoxidativa que pateix durant el seu procés de conformat. Entre aquests compostos, els àcids hidroxicinámicos són un grup de compostos presents en la paret cel·lular vegetal, els principals representants del qual són l'àcid ferúlico, p-cumárico, cafeico i sinápico, dels quals l'àcid ferúlico i p-cumárico són els de major abundància en la naturalesa. Estan formats bàsicament per un anell aromàtic, un grup alifàtic i un àcid carboxílic en l'extrem. Són denominats hidroxicinámicos per la substitució del grup hidroxil en l'anell aromàtic. Una altra forma en la qual es troben presents és com a àcid *clorogénico (àcid *cafeico, preferentment), són solubles i es presenten en altes concentracions en begudes com el café. De la mateixa manera, en aquest estudi es planteja un estudi inicial per a identificar i conéixer els residus generats en el procés de desodorización del polipropilè. Per a dur a terme aquest estudi es va realitzar un prototip de desorber amb la finalitat d'analitzar els residus líquids i sòlids generats, que van servir posteriorment per a analitzar els riscos que aquests podrien provocar. Mitjançant cromatografia i assajos calorimétricos s'ha pogut identificar les molècules derivades del procés de degradació així com proposar les rutes químiques que donen origen a aquests derivats tòxics. Un segon estudi desenvolupat en aquesta investigació, va servir per a donar aplicació als residus generats durant el procés de síntesi del PP. A través de l'estudi de les cinètiques de degradació s'ha plantejat una recuperació d'aquests derivats mitjançant processos de pirolisis o quimiólisis. Aquest estudi ha servit per a comparar i determinar què models cinètics de degradació són els que millor s'ajusten al procés de degradació del PP en el rang de temperatures de treball per a aquest polímer. Per a determinar els efectes antioxidants dels additius estudiats en la matriu del polipropilè es van preparar diferents formulacions amb additius naturals i amb additius d'origen petroquímic a manera de comparació. Els films preparats es van analitzar mitjançant diferents tècniques amb la finalitat d'obtindre informació físic-química, colorimètrica, estructural i de resistència mecànica. Dels resultats obtinguts, s'ha pogut comprovar que l'àcid cafeico va superar als altres antioxidants, reduint la producció de *aflatoxinas en més del 95 per cent